石油化工工藝裝置蒸汽管道配管設計探討

李文磊 張玉鑫

摘 要：現階段，隨著全球的工業化發展，世界各國對石油的需求量和利用率都在不斷地上升。石油作為我國的重要能源之一，對人們的生活和企業的生產有著重要的作用。蒸汽管道配管的科學設計在石油化工工藝裝置內，對安全生產和經濟效益都發揮著極其重要的作用。希望本文的論述能夠對我國石油化工企業的發展起到一定的推動作用，同時對蒸汽管道配管的科學設計提供理論參考。

關鍵詞：石油化工工藝裝置;蒸汽管道;配管設計探討

0 引言

進入二十一世紀，我國的經濟得到高速的發展，在經濟的發展中，資源的使用成為社會關注的重點，而石油作為工業發展中的重要資源，在世界中占有重要的地位，但是，在石油產業中，必不可少的就是蒸汽以及蒸汽管道。我國石油化工廠蒸汽系統的壓力大致分為10.0MPa、4.0MPa、1.0MPa、0.3MPa，凝結水系統壓力多為0.3MPa。蒸汽在石油化工中發揮著重要的作用，管道作為蒸汽的重要輸送設備，科學設計蒸汽管道配管，不僅對石油化工工藝裝置的安全性有著重要影響，對提高化工產品的質量也有著很大的關系。

1 石油化工的蒸汽管道管徑的選取

石油化工的蒸汽管道設計的過程中，首先考慮是蒸汽管道管徑的選取。管徑的確定應按正常生產條件下蒸汽所需的最大流量考慮，其最大壓力損失應不超過工藝允許值，其流量應位于蒸汽自身操作溫度和操作壓力所確定的安全流速的范圍內。飽和蒸汽DN>200，流速30～40m/s;

DN=200～100，流速35～25;DN<100，流速30～15。過熱蒸汽DN>200，流速40～60m/s;DN=200～100，

流速50～30m/s;DN<100，流速40～20 m/s。具體可參考工藝系統工程設計技術規定HG/T 20570-95中常用流速的范圍表2.0.1。

綜合權衡建設費用和運行費用。一般應在允許壓力損失的前提下盡可能選用較小的管徑，特別是對大直徑、厚壁等管道管徑更需慎重對待以節省投資。但是管徑太小則介質流速增大、摩擦阻力增大、增加了機、泵的投資和功率消耗，從而增加了運行費用，且流速過高易引起管道的沖蝕、磨損、振動和噪聲等現象。因此應進行比較，取其適當的管徑，選取經濟流速，此外還要考慮安全流速及其其他條件的限制。

選用符合管材的標準規格。對于蒸汽管道，不推薦使用DN32、DN65、DN125的管道。

2 裝置蒸汽管道配管設計要點

2.1 管廊蒸汽管道布置

一般裝置的蒸汽管道，大多都是架空采用管廊布置，很少在管溝內布置，非特殊情況不埋地設置。其主要原因是不易解決保溫層的防潮和吸收管道熱膨脹的變形。

管廊蒸汽管道布置中，應將蒸汽管道布置在管廊頂層一側，其能夠為“π”型補償器的設置提供諸多的便利。蒸汽管道盡量利用自然補償和“π”型補償器吸收管道產生的熱位移及熱應力，不建議采用波紋管膨脹節，波紋管膨脹節需要投入較高的成本，使用壽命較短，因此在蒸汽管上通常不設置膨脹節。在設計管道“π”型補償器位置時，要綜合考慮操作條件及管徑大小等各種影響因素，以1.0MPa蒸汽為例，“π”型補償器的間距一般不超過80m，小直徑管道因自身的柔性較好，可以適當的增加距離。建設項目的不同，用氣量也會存在一定差異，蒸汽管道的直徑也會發生較大改變，“π”型補償器具體位置以專業應力軟件CAESARII計算的數據作為參考。管廊上的管道考慮到美觀性和安全性，應以集中統一的形式布置“π”型補償器，大補償儲量管道應設置在外側，小補償儲量的管道設置在內側。兩個固定點中間的位置設置“π”型補償器效果最為理想。若無法在中間設置，則需盡量縮短其與固定點的間距。其數值要在兩個固定點距離的1/3以內，同時，在“π”形補償器的兩端應設置應力導向架，導向架距“π”形補償器應在32倍管徑～40倍管徑設置為宜，以管道應力計算所獲得的最終數值來明確補償器固定點推力。計算時，蒸汽管道不可分為若干管系計算，要將其視為統一整體，保證應力計算的準確性。蒸汽管道的“π”形補償器不得引入支管。

蒸汽管道的支管應從主管的頂部引出，當工藝要求支管上設置切斷閥時，切斷閥應布置在靠近主管的水平管段上，以避免存液。

從蒸汽主管或支管引出接至工藝設備或工藝管道的蒸汽管上，必須設置三閥組，即兩切斷閥之間設一個常開的DN20檢查閥，以便隨時發現泄漏。當飽和蒸汽進入裝置，要在裝置側的邊界附近設置蒸汽分水器，在分水器下部設置經常疏水措施，過熱蒸汽主管進入裝置一般不設置水分離器。

2.2 蒸汽管凝液管道的設計

蒸汽加熱設備的凝結水應予回收利用，其他用汽點的凝結水也應盡量回收利用。從各點排水的凝結水一般應經疏水閥（水量較大的可設置汽水分離罐）排至相應的凝結水系統。國內石油化工廠不同等級的凝結水合并回收時，由于疏水閥的出口壓力取決于其后面系統的壓力，與蒸汽入口的壓力沒有直接關系，因而在一定條件下可合用一個凝結水系統。但當高壓凝結水量較大，在排入低壓凝結水系統以前，一般可先經凝結水擴容器以降低其壓力，并回收因壓降產生的蒸汽。

設計前要充分了解化工工藝的整體流程，然后再制定出與之相符的設計方案。其次，在設計時要使蒸汽凝液管道和蒸汽管道裝置在同一層，可以實現有效的銜接。倘若凝液總管道高于蒸汽管道的疏水閥時，可以在疏水閥處安裝止水閥來提高作業的便利性，進而提高石油化工企業的工藝水平和作業效率。

2.3 管道焊接

石油化工工程中涉及到的管道數量較多，分布也十分復雜，此種情況之下，工作人員應保證管道焊接工作開展的合理性。但從焊接管道流程中能夠看出，實際管道焊接質量在一定程度上與管道運行效率存在直接關系。更為重要的是，石化管道也容易受到外部因素的影響。例如，在焊接工作執行時，容易出現管道應力過大問題，增加了管道破裂等問題的出現幾率，引發更多的安全事故。石油化工工程管道連續運行時，極有可能會受到外部腐蝕問題的影響，影響工藝管道初始性能。該類問題出現的原因主要在于各方工作人員沒有針對該類管理操作制定足夠的保護措施，不利于管道的有效運行，更無法從源頭上杜絕管道威脅。尤其是在具體防護操作時，工作人員可以將重點內容放在碎屑清除上，將管道組件擦拭干凈，讓管道清潔度滿足相關要求。

2.4 管道安裝過程中的重要因素

開啟閘門和閉合閘門兩項工作是閘門工作的重要內容，在石油化工工程中閘門工程占據重要的地位。在進行管道安裝時，首先應考慮將閘門的安裝位置設置在便于施工技術人員操作的地點，同樣這也是為之后維修維護閘門提供便捷。在對管道進行安裝作業時，壓縮機的安裝同樣十分重要。在進行安裝壓縮機之前，應該仔細檢查設備表面是否清潔，清潔工作是否完善，在設備安裝完成前，應固定膠囊壓縮機的腳底板和底座平板，之后再根據具體情況調整壓縮機的位置，確保設備的中心線和基礎中心線能夠在一條水平線上，確保壓縮機的縱向水平度偏差與橫向水平度的偏差≤0.05/1000m。在進行管道離心泵的安裝時，這一環節極容易發生問題。如果泵的出口管道大于2.3m 的時候，通常安裝閥門時的高度已經達到了2m 或者可能會更高。在這一情況下安裝管道離心泵便具有一定的難度，對此的解決方式便是在管道離心泵附近的位置建立一個專門的制作平臺，將該平臺用于離心泵的安裝和應用，部分企業認可制作專門的平臺成本較高，有時也會使用電動閥作為平臺，將其投入應用，也能起到相同的效果。

3 結語

綜上所述，在整個石油化工工程工藝管道安裝操作執行上，由于工程本身涉及到的內容十分廣泛，建設周期較長，容易在安裝操作中出現問題。為了強化施工質量，各個企業應選擇高質量材料，強化施工質量控制力度，并將該類控制工作貫穿于整個施工過程，一旦發現施工中存在與標準不符情況，工作人員應立即進行處理，為后續管道安裝工作創造更好環境。